我科學(xué)家為稀土穿上“能量轉(zhuǎn)換外衣” 打開稀土材料現(xiàn)代光電技術(shù)應(yīng)用大門

稀土納米晶是發(fā)光材料中的“絕緣寶石”，雖具有巨大的發(fā)光潛力，卻因自身局限無法被電流直接“點(diǎn)亮”，成為其實(shí)現(xiàn)光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的根本瓶頸。近日，清華大學(xué)韓三陽副教授團(tuán)隊(duì)與黑龍江大學(xué)許輝、韓春苗教授團(tuán)隊(duì)和新加坡國立大學(xué)劉小鋼教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)，為稀土納米晶設(shè)計(jì)了一件獨(dú)特的“能量轉(zhuǎn)換外衣”，將能量高效傳遞給稀土納米晶的有機(jī)分子界面，為解決電致發(fā)光器件中的研究和應(yīng)用難題帶來了新的突破口。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

稀土納米晶具有發(fā)光顏色可調(diào)、發(fā)光譜線窄、發(fā)光穩(wěn)定性高等先天優(yōu)勢，通過調(diào)控納米晶內(nèi)部摻雜離子組分可使該材料體系實(shí)現(xiàn)廣色域的多色發(fā)光，一直被認(rèn)為是電致發(fā)光材料的“潛力股”。

而電致發(fā)光，能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)換為光能，是現(xiàn)代顯示技術(shù)和照明技術(shù)的基石。稀土發(fā)光材料，憑借高亮度、長壽命和出色的色彩表現(xiàn)，在照明與顯示技術(shù)的發(fā)展史上曾立下“汗馬功勞”。然而，當(dāng) 21 世紀(jì)的技術(shù)浪潮轉(zhuǎn)向了以發(fā)光二極管、有機(jī)發(fā)光二極管為代表的直流電致發(fā)光器件，性能卓越卻無法直接導(dǎo)電的稀土材料，陷入了“絕緣困境”。

“這就像人在‘穿著棉襖跑步’?！表n三陽解釋道，“稀土材料的絕緣特性，使電流難以注入和傳輸其中，因此其無法像半導(dǎo)體材料那樣被電流直接高效點(diǎn)亮。”盡管科研人員在提升其光致發(fā)光效率方面取得了長足進(jìn)步，但這個(gè)“電流驅(qū)動(dòng)”的根本瓶頸始終難以突破，嚴(yán)重阻礙了稀土材料在現(xiàn)代光電技術(shù)中的研究和應(yīng)用。

針對上述根本性難題，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地通過表面修飾為稀土納米晶穿上“能量轉(zhuǎn)換外衣”，采用有機(jī)—無機(jī)雜化策略，精確調(diào)控能級結(jié)構(gòu)，借助配體工程將激子能量高效分配給鑭系離子發(fā)光體，成功解決了電致發(fā)光中激子產(chǎn)生、輸運(yùn)和注入的核心難題，實(shí)現(xiàn)了高色純度、光譜可調(diào)的高效電致發(fā)光。

“這項(xiàng)成果的意義在于，我們不僅讓稀土材料‘通上了電’，更打開了其在現(xiàn)代光電技術(shù)中應(yīng)用的大門。”韓三陽進(jìn)一步表示，這項(xiàng)成果未來有望進(jìn)一步應(yīng)用到人體健康監(jiān)測、無創(chuàng)檢測，乃至開拓農(nóng)作物補(bǔ)光技術(shù)等場景中。

來源：科普中國